液浮轉子式微陀螺靜電伺服技術研究.pdf

1、本論文提出的液浮轉子式微陀螺利用懸浮轉子式微陀螺的工作原理，又不同于磁懸浮和靜電懸浮微陀螺。它采用磁驅動使其在液體腔體中高速旋轉。該結構的優(yōu)勢在于可以利用轉子在液體中的浮力來減少所需的靜電電壓。此外，雖然和真空相比，轉子在液體中所受到的阻力會較大一些，但是其穩(wěn)定性更好。同時利用超疏減阻技術能夠減少轉子所受到的阻力。在此基礎上結合靜電伺服技術，有效提高陀螺精度和工作性能。所以本論文從靜電伺服系統(tǒng)入手，利用有限元分析軟件仿真，模擬整個系統(tǒng)的

2、工作情況，分析優(yōu)化陀螺結構。
　　首先，對各類懸浮轉子式微陀螺做簡單概述，并對本論文所涉及的液浮轉子式微陀螺靜電伺服系統(tǒng)的工作原理、控制電路、圓盤轉子的流動性做了詳細介紹，并列出靜電伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖。在對整個系統(tǒng)有一定了解之后，不難看出，圓盤轉子結構和控制電極結構對靜電伺服系統(tǒng)起著重要作用和影響。
　　其次，為了得到更高的陀螺精度和更穩(wěn)定的懸浮系統(tǒng)，本論文計算并仿真轉子半徑和轉子高度、工作角速度以及轉子角動量的關系，得

3、到最優(yōu)的轉子半徑尺寸，本論文采取的轉子半徑尺寸為7.5mm。除此之外，還重點對控制電極結構進行分析，公共電極半徑和轉子半徑的比值為0.33時，轉子所受到的靜電力矩達到最大。同時，對控制電極采用圓角處理，降低擊穿的可能性，達到優(yōu)化控制電極的目的。
　　最后，針對轉子及控制電極優(yōu)化后結構，設計控制器，達到靜電伺服的效果。本論文首先利用超前-滯后PID算法，該算法的特點是利用低通濾波器，可以有效濾除高頻噪聲，提高PID控制器的性能。通過

4、有限元分析，控制器的超調量達到7％，調整時間為5.3s。但是，該算法無法滿足懸浮系統(tǒng)的非線性，存在不穩(wěn)定性。所以本論文又應用了模糊PID控制算法，結合Simulink進行靜電伺服系統(tǒng)仿真。通過仿真結果對比發(fā)現(xiàn)，模糊PID控制器能夠更好地、有效地適合微陀螺的非線性及其復雜性。能夠快速調節(jié)轉子，使其回到平衡位置，調整時間為0.52s，超調量為6.4%，對比之前的超前-滯后PID控制器，該控制器在使轉子快速回到平衡位置后能夠保持零位，實現(xiàn)穩(wěn)定